高聚能介电弹性体微力传感器制造技术

技术编号:10832689 阅读:167 留言:0更新日期:2014-12-27 17:27
一种高聚能介电弹性体微力传感器,包括立方体外壳,置于立方体外壳内且一端固定在其内壁上的等强度悬臂梁,在其表面通过丙烯酸盐弹性体粘贴有电容传感片,在其自由端垂直连接有传递力的刚性杆件,刚性杆件的施加力的一端穿出立方体外壳;电容传感片为三明治结构,包括高聚能介电弹性体以及分别涂敷于其上表面和下表面的上层柔顺电极和下层柔顺电极;这种涂有柔顺电极的高聚能介电弹性体薄膜为平行板电容器,当高聚能介电弹性体被拉伸产生应变时,电容值发生相应改变;当未知力作用于等强度悬臂梁自由端,使得电容传感片产生应变,等强度悬臂梁自由端的力与电容传感片改变的电容值几乎为线性关系,进而通过测得电容的改变值获知未知力的大小。

【技术实现步骤摘要】
高聚能介电弹性体微力传感器
本技术涉及一种微力传感器,具体涉及一种高聚能介电弹性体微力传感器。
技术介绍
力的传感器广泛应用于科学研究、生活和工业自动化检测及控制领域。一般传统 的力传感器有电阻应变式、压磁式和压电式。电阻应变式力的传感器其制作工艺要求较高。 压磁式力的传感器测量精度不高,反应速度低。压电式力的传感器不适于静态输出。 相对于传统的传感材料,高聚能介电弹性体是一种新型超弹性传感材料,例如硅 橡胶,将其上下表面涂有柔顺电极,即为电容器,当涂有电极的高聚能介电弹性体薄膜受到 机械力的作用产生应变时,电容值发生改变,通过测量电容值可得到相应的应变值。这种涂 有电极的高聚能介电弹性体材料相当于电容传感器,其优点在于价格低廉、制作工艺简单、 静动态均可测量、受温度影响较小。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题,本技术的目的在于提供一种高聚能介电 弹性体微力传感器,该传感器的弹性元件为等强度悬臂梁,通过测量高聚能介电弹性体电 容值的变化,可知作用于悬臂梁自由端的未知力大小;其优点为制作工艺简单、价格低廉、 精度高、受温度影响小、可测毫牛级别的力。 为了达到上述目的,本技术所采用的技术方案是: -种高聚能介电弹性体微力传感器,包括立方体外壳1,置于立方体外壳1内且一 端固定在立方体外壳1内壁上的等强度悬臂梁2,所述等强度悬臂梁2作为传感器的弹性原 件,在等强度悬臂梁2的表面通过丙烯酸盐弹性体3粘贴有电容传感片4,在等强度悬臂梁 2的自由端垂直连接有传递力的刚性杆件8,所述刚性杆件8的施加力的一端穿出立方体外 壳1 ;所述电容传感片4为三明治结构,包括高聚能介电弹性体5以及分别涂敷于高聚能介 电弹性体5上表面和下表面的上层柔顺电极6和下层柔顺电极7。 所述等强度悬臂梁2的材料为硅橡胶。 所述高聚能介电弹性体5的材料为硅橡胶或丙烯酸盐弹性体,其厚度尽可能的 薄。 所述上层柔顺电极6和下层柔顺电极7的材料为碳油或氯化锂凝胶。 本技术和现有技术相比,具有如下有益效果: 1)本传感器与电阻应变式力的传感器相比,电容传感片4的制作工艺简单。 2)传感器的弹性元件采用等强度悬臂梁2构型保证悬臂梁表面各点应变相同,进 而电容传感片4均匀变形,使得传感器具有较好的线性度。 3)作为传感器弹性元件的等强度悬臂梁2和电容传感片4的传感性能在零下三十 摄氏度到零上八十摄氏度内受温度影响很小。 4)本传感器采用丙烯酸盐弹性体3作为粘结层,具有较好的粘结能力,并由于其 柔软度较好,能够很好的传递等强度悬臂梁2的应变到电容传感片4。 5)本传感器采用的材料为硅橡胶和丙烯酸盐弹性体价格低廉,均为批量生产的常 见材料,并且与传统传感器所用材料相比材料质量轻很多。 【附图说明】 图1是本技术高聚能介电弹性体微力传感器的结构示意图。 图2是等强度悬臂梁和电容传感片的俯视图。 图3是电容传感片结构示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本技术作更详细的操作说明。 如图1和图2所示,本技术是一种高聚能介电弹性体微力传感器,包括立方体 外壳1,置于立方体外壳1内且一端固定在立方体外壳1内壁上的等强度悬臂梁2,所述等 强度悬臂梁2作为传感器的弹性原件,在等强度悬臂梁2的表面通过丙烯酸盐弹性体3粘 贴有电容传感片4,在等强度悬臂梁2的自由端垂直连接有传递力的刚性杆件8,所述刚性 杆件8的施加力的一端穿出立方体外壳1。 如图3所示,所述电容传感片4为三明治结构,包括高聚能介电弹性体5以及分别 涂敷于高聚能介电弹性体5上表面和下表面的上层柔顺电极6和下层柔顺电极7。上层柔 顺电极6和下层柔顺电极7尽可能在高聚能介电弹性体5上分布均匀,高聚能介电弹性体 5尽可能薄。 作为本技术的优选实施方式,所述等强度悬臂梁2的材料为硅橡胶。 作为本技术的优选实施方式,所述高聚能介电弹性体5的材料为硅橡胶或丙 烯酸盐弹性体。 作为本技术的优选实施方式,所述上层柔顺电极6和下层柔顺电极7的材料 为碳油或氯化锂凝胶。 如图1所示,本技术的工作原理为: 当未知的力作用于刚性杆件8,力传递到作为弹性元件即等强度悬臂梁2的自由 端,使得电容传感片4产生应变。电容传感片4是由可变形的高聚能介电弹性体5的上表 面和下表面分别涂有上层柔顺电极6和下层柔顺电极7构成的平板电容器。当平板电容器 发生应变时,其电容值发生改变。电容差值与等强度悬臂梁2自由端的集中力关系几乎为 线性。这种线性关系的表达式为A C = kXf,其中A C-电容差值,f一等强度悬臂梁2自 由端的集中力,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高聚能介电弹性体微力传感器,其特征在于:包括立方体外壳(1),置于立方体外壳(1)内且一端固定在立方体外壳(1)内壁上的等强度悬臂梁(2),所述等强度悬臂梁(2)作为传感器的弹性原件,在等强度悬臂梁(2)的表面通过丙烯酸盐弹性体(3)粘贴有电容传感片(4),在等强度悬臂梁(2)的自由端垂直连接有传递力的刚性杆件(8),所述刚性杆件(8)的施加力的一端穿出立方体外壳(1);所述电容传感片(4)为三明治结构,包括高聚能介电弹性体(5)以及分别涂敷于高聚能介电弹性体(5)上表面和下表面的上层柔顺电极(6)和下层柔顺电极(7)。

【技术特征摘要】
1. 一种高聚能介电弹性体微力传感器,其特征在于:包括立方体外壳(1),置于立方体 外壳(1)内且一端固定在立方体外壳(1)内壁上的等强度悬臂梁(2),所述等强度悬臂梁 (2)作为传感器的弹性原件,在等强度悬臂梁(2)的表面通过丙烯酸盐弹性体(3)粘贴有电 容传感片(4),在等强度悬臂梁(2)的自由端垂直连接有传递力的刚性杆件(8),所述刚性 杆件(8)的施加力的一端穿出立方体外壳(1);所述电容传感片(4)为三明治结构,包括高 聚能介电弹性体(5)以及分别涂敷于高聚...

【专利技术属性】
技术研发人员:倪娜张陵王垠刘凡
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:新型
国别省市:陕西;61

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